(57)【要約】【課題】本発明は、発光色の色むらを低減することができる照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】請求項１の照明装置は、基板２、絶縁体４と、絶縁体を介して前記基板に配設された回路パターン５ａ，５ｂと、回路パターンを介してマトリクス状に配置される複数の発光素子６と、前記基板に配設され、前記複数の発光素子から放射される光を反射する反射体９と、発光素子を被覆する拡散剤含む拡散層１１と、拡散層の上側に配設された蛍光体を含む蛍光体層１２と、前記各発光素子から入射した光を出射する出射面を有する制光体とを具備する照明装置において、相関色温度５０００Ｋ以上では、鉛直配光角が大きくなるにつれて色温度が低くなり、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜−２００Ｋ以内になり、相関色温度５０００Ｋ未満では、鉛直配光角が大きくなるにつれて色温度が高くなり、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜＋２００Ｋ以内になるように構成されていることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板に配設された絶縁体と、絶縁体を介して前記基板に配設された回路パターンと、回路パターンを介してマトリクス状に配置される複数の発光素子と、前記基板に配設され、前記複数の発光素子から放射される光を反射する反射体と、発光素子を被覆する拡散剤含む拡散層と、拡散層の上側に配設された蛍光体を含む蛍光体層と、前記各発光素子から入射した光を出射する出射面を有する制光体とを具備する照明装置において、
相関色温度５０００Ｋ以上では、鉛直配光角が大きくなるにつれて色温度が低くなり、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜−２００Ｋ以内になり、相関色温度５０００Ｋ未満では、鉛直配光角が大きくなるにつれて色温度が高くなり、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜＋２００Ｋ以内になるように構成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
拡散層は、樹脂に拡散剤を３ないし５質量％添加してなることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子を光源とする照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置の一例としては、ＬＥＤチップを配設するケース内に、合成樹脂を充填してＬＥＤチップをケース内に封止する面実装タイプのものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
そして、この種のＬＥＤ装置により白色光を発光させる従来例の一例としては、青色発光ＬＥＤチップにより発光させた青色光と、黄色発光ＬＥＤチップにより発光させた黄色光と、を混合させるもの（以下、第１の従来技術という）が知られている。また、他の従来例としては、青色発光ＬＥＤチップの青色光と、この青色発光により黄色発光蛍光体を励起させて得た黄色光とを混色させるもの（以下、第２の従来技術という）が知られている。
【特許文献１】特開２００２−４３６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、第１の従来技術では、青色発光ＬＥＤチップと黄色発光ＬＥＤチップとの間に距離があるので、青色光と黄色光の混色を均一にすることが難しく、白色光以外の他の色になり易い。また、青色光と黄色光をそれぞれ発光する少なくとも２個のＬＥＤチップを設置するためのスペースが必要であり、これを搭載する機器の大形化を招いている。
【０００５】
そして、第２の従来技術では、その封止樹脂外面に対して垂直方向から見た場合、青色発光ＬＥＤチップが位置する中央部でほぼ白色光が得られるものの、その周辺部では黄色光が分布し、色むらが発生する。また、このために、封止樹脂外面に対して斜めから見た場合には、主に黄色光が発光しているように見られる。さらに、この封止樹脂外面の中央部においても、この中央部と青色発光ＬＥＤチップとの距離の方が、周辺部と青色発光ＬＥＤチップとの距離よりも近いので、その分、青色光の輝度が高く、青色光が抜けるので、白色光が青味がかって見えるという不具合もある。
【０００６】
本発明は、発光色の色むらを低減することができる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、基板と、基板に配設された絶縁体と、絶縁体を介して前記基板に配設された回路パターンと、回路パターンを介してマトリクス状に配置される複数の発光素子と、前記基板に配設され、前記複数の発光素子から放射される光を反射する反射体と、発光素子を被覆する拡散剤含む拡散層と、拡散層の上側に配設された蛍光体を含む蛍光体層と、前記各発光素子から入射した光を出射する出射面を有する制光体とを具備する照明装置において、相関色温度５０００Ｋ以上では、鉛直配光角が大きくなるにつれて色温度が低くなり、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜−２００Ｋ以内になり、相関色温度５０００Ｋ未満では、鉛直配光角が大きくなるにつれて色温度が高くなり、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜＋２００Ｋ以内になるように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
基板の材料は、ガラスエポキシ樹脂、アルミニウムまたは窒化アルミニウム等であるが、アルミニウムを含む基板は放熱性がよく、発光素子の温度上昇を抑制して、発光効率低下や素子劣化を抑制する。絶縁体は、基板の材料として金属材料を選択した場合に必要だが、ガラスエポキシ樹脂基板の場合には必要ない。回路パターンは、銅パターンで形成され正極と負極との間に複数の発光素子としての例えば発光ダイオードが電気的にされる。また、発光素子は、前記基板上にマトリクス状に複数配設されて面光源を形成する。反射体は、白色樹脂により形成され、発光素子の周囲を取り囲むように反射面を有している。
【０００９】
発光素子の放射光は当該反射面により反射される。蛍光体層は、蛍光体をシリコーン樹脂等に混入させたものであり、発光素子からの光によって可視光に変換する。また、発光素子を拡散材で覆い、この拡散材上に蛍光体層を配設する構成であってもよい。この構成は、当該拡散材により蛍光体層から放射される光を拡散し、制光体の対向部域の輝度が高くなるのを抑制し、周辺部域の輝度との輝度比を１に近づけさせるように作用する。制光体は、アクリル樹脂等によって成形され、各発光素子に光学設計されている。
【００１０】
相関色温度５０００Ｋ以上では、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜−２００Ｋ以内になり、相関色温度５０００Ｋ未満では、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜＋２００Ｋ以内になるので、青色発光ＬＥＤチップが位置する中央部および周辺部のいずれの部分でもほぼ白色光が得られて色むらの発生を抑制する。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の照明装置において、拡散層は、樹脂に拡散剤を３ないし５質量％添加してなることを特徴とする。拡散剤の添加量ゼロ、すなわち、拡散剤の添加量無しの場合の光束を１００％としとき、拡散剤の添加量が５質量％を超過すると、光束が低下し、同添加量が３質量％未満になると、色むら低減効果が低下するので上記範囲が好適である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１および２の発明では、発光素子の発光を拡散層により多方向に拡散させることにより、蛍光体層を多方向から励起して蛍光発光させ、相関色温度５０００Ｋ以上では、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜−２００Ｋ以内になり、相関色温度５０００Ｋ未満では、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜＋２００Ｋ以内になるので、青色発光ＬＥＤチップが位置する中央部および周辺部のいずれの部分でもほぼ白色光が得られて色むらの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る照明装置の平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図２のＩＩＩ部拡大図である。図に示すように照明装置１は基板２上に、複数の発光装置３，３・・・を例えば３行３列のマトリクス状に配設し、かつ一体に連成している。基板２は放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やＮｉ、ガラスエポキシ等の平板からなり、この基板２上には、電気絶縁体４を介してリードフレーム５が配設されている。
【００１４】
図３に示すようにリードフレーム５は、ＬＥＤ装置３毎にＣｕとＮｉの合金やＡｕ等により、陰極側と陽極側の回路パターン（配線パターン）５ａ，５ｂを形成しており、このリードフレーム５上には、発光装置３毎に、発光素子としての青色発光ＬＥＤチップ６をそれぞれ搭載している。各青色発光ＬＥＤチップ６は、青色の光を発光する例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体等からなる。各青色発光ＬＥＤチップ６は、その底面電極を回路パターン５ａ，５ｂの一方上に載置して電気的に接続する一方、上面電極を回路パターン５ａ，５ｂの他方にボンディングワイヤ７により接続している。
【００１５】
そして、基板２上には、各青色発光ＬＥＤチップ６の周囲を所要の間隔を置いて取り囲み、基板２の反対側（図２，図３では上方）に向けて漸次拡開する反射面を構成する円錐台状の凹部８をそれぞれ同心状に形成した反射体９をＬＥＤ装置３毎に形成すると共に、これらを一体に形成している。反射体９は例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の合成樹脂よりなり、各凹部８は外部に開口する開口８ａをそれぞれ有する。
【００１６】
各凹部８は、その内部に、透光性を有するシリコーンゴムやエポキシ樹脂等の熱硬化性透明樹脂を封止樹脂１０としてそれぞれ充填している。この封止樹脂１０は、青色発光ＬＥＤチップ６側の拡散層１１と、凹部開口８ａ側の蛍光体層としての黄色発光蛍光体層１２の２層に形成されている。
【００１７】
拡散層１１は、凹部８内に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やＴｉ、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｙ等の拡散剤を３〜５質量％（ｍａｓｓ％）添加した封止樹脂を、青色発光ＬＥＤチップ６よりも高い位置まで注入して熱硬化させることにより形成され、蛍光体層１２との境界面１１ａを青色発光ＬＥＤチップ６側（図３では下面側）へ凹む湾曲面に形成している。この湾曲境界面１１ａは、その湾曲上端と同下端との間が例えば１μｍ〜５μｍが好ましい。
【００１８】
また、拡散層１１の封止樹脂１０に添加した拡散剤の添加量が３〜５質量％であるので、光束を低下させずに白色光の色むらを低減することができる。次の表１は拡散剤の添加量による光束変化を示す。なお、拡散剤の添加量ゼロ、すなわち、拡散剤の添加量無しの場合の光束を１００％とすると、拡散剤の添加量が５質量％を超過すると、光束が低下し、同添加量が３質量％未満になると、色むら低減効果が低下した。
【００１９】
黄色発光蛍光体層１２は、拡散層１１の熱硬化形成後、凹部８内に、ＬＥＤチップ６からの青色発光を受光して黄色に蛍光発光する黄色発光蛍光体を所要質量％添加した封止樹脂を注入して熱硬化させて構成されている。
【００２０】
次に、この照明装置１の作用を説明する。まず、各陰極側と陽極側の回路パターン５ａ，５ｂ間に、外部から所定の直流電圧が印加されると、各青色発光ＬＥＤチップ６が青色発光される。この青色発光は、拡散層１１により多方向へ拡散されてから黄色発光蛍光体層１２内に入射し、ここで黄色蛍光体を多方向から励起して黄色に発光させると共に、この黄色と混色されて白色光になって各凹部開口８ａから外部へ放射される。
【００２１】
したがって、このＬＥＤ照明装置１によれば、青色発光ＬＥＤチップ６の微小な発光を拡散層１１により多方向へ拡散し、多方向から蛍光体層１２の黄色蛍光体を励起させて黄色に発光させ、かつこの黄色光と青色光とを混色させて白色光を発光させるので、この白色光の色むらを低減することができる。
【００２２】
すなわち、図４に示すように、相関色温度５０００Ｋ以上では、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜−２００Ｋ以内になる。また、相関色温度５０００Ｋ未満では、鉛直配光角０°ないし６０°において、相関色温度が０〜＋２００Ｋ以内になる。この場合には、青色発光ＬＥＤチップが位置する中央部および周辺部のいずれの部分でもほぼ白色光が得られて色むらの発生を抑制することができる。
【００２３】
次に、この照明装置１のサンプルＮｏ．１〜５について実施した色むら低減効果の実験データを示す。なお。この実験では、発光波長が５４５ｍｍの黄色蛍光体、拡散剤として日本アエロジル製のＡｌ２Ｏ３Ｃ、封止樹脂１０として東レダウシリコーン製のＪＣＲ６１４０をそれぞれ使用した。
【００２４】
（実験方法）
【００２５】
サンプルＮｏ．１  ……  蛍光体のみ
【００２６】
蛍光体層
【００２７】
シリコーンゴム（ＪＣＲ６１４０）        ……  ８９ｍａｓｓ％
【００２８】
黄色蛍光体                              ……  １０ｍａｓｓ％
【００２９】
赤色蛍光体                              ……    １ｍａｓｓ％
【００３０】
サンプルＮｏ．２    ……    拡散層（５ｍａｓｓ％）＋蛍光体（２層構造）
【００３１】
拡散層
【００３２】
シリコーンゴム（ＪＣＲ６１４０）        ……  ９５ｍａｓｓ％
【００３３】
拡散剤（Ａｌ２Ｏ３）                     ……    ５ｍａｓｓ％
【００３４】
蛍光体層
【００３５】
シリコーンゴム（ＪＣＲ６１４０）        ……  ７８ｍａｓｓ％
【００３６】
黄色蛍光体                              ……  ２０ｍａｓｓ％
【００３７】
赤色蛍光体                              ……    ２ｍａｓｓ％
【００３８】
サンプルＮｏ．３    ……    拡散層（１０ｍａｓｓ％）＋蛍光体（２層構造）
【００３９】
拡散層
【００４０】
シリコーンゴム（ＪＣＲ６１４０）        ……  ９０ｍａｓｓ％
【００４１】
拡散剤（Ａｌ２Ｏ３）                     ……  １０ｍａｓｓ％
【００４２】
蛍光体層
【００４３】
シリコーンゴム（ＪＣＲ６１４０）        ……  ７８ｍａｓｓ％
【００４４】
黄色蛍光体                              ……  ２０ｍａｓｓ％
【００４５】
赤色蛍光体                              ……    ２ｍａｓｓ％
【００４６】
サンプルＮｏ．４    ……    拡散層（１５ｍａｓｓ％）＋蛍光体（２層構造）
【００４７】
拡散層
【００４８】
シリコーンゴム（ＪＣＲ６１４０）        ……  ８５ｍａｓｓ％
【００４９】
拡散剤（Ａｌ２Ｏ３）                     ……  １５ｍａｓｓ％
【００５０】
蛍光体層
【００５１】
シリコーンゴム（ＪＣＲ６１４０）        ……  ７８ｍａｓｓ％
【００５２】
黄色蛍光体                              ……  ２０ｍａｓｓ％
【００５３】
赤色蛍光体                              ……    ２ｍａｓｓ％
【００５４】
サンプルＮｏ．５    ……    拡散剤混合蛍光体
【００５５】
シリコーンゴム（ＪＣＲ６１４０）        ……  ８０ｍａｓｓ％
【００５６】
拡散剤（Ａｌ２Ｏ３）                     ……  ２０ｍａｓｓ％
【００５７】
シリコーンゴム（ＪＣＲ６１４０）        ……  ７８ｍａｓｓ％
【００５８】
黄色蛍光体                              ……  ２０ｍａｓｓ％赤色蛍光体
【００５９】
赤色蛍光体                              ……    ２ｍａｓｓ％
【００６０】
（実験結果）
【００６１】
１．サンプルＮｏ．１のように拡散層１１を削除して、蛍光体層１２のみを有する１層構造の場合と、サンプルＮｏ．５のように同じく拡散層１１を削除して蛍光体層１２に拡散剤を添加した１層構造の場合、凹部開口８ａから外部に放射される白色光は、その周縁部に黄色光が分布し、色むらの低減効果は得られなかった。
【００６２】
２．サンプルＮｏ．３，Ｎｏ．４のように拡散剤の添加量が１０質量％（ｍａｓｓ％）、または１５質量％の各拡散層１１と、蛍光体層１２の２層構造の場合は、拡散剤の添加量が多いために、これら拡散層１１の粘度が高くなり、拡散層１１の塗りむらが発生する。このために、凹部開口８ａから外部へ放射される白色光は、その周縁部に黄色光が分布し、色むらの低減効果は得られなかった。
【００６３】
３．サンプルＮｏ．２のように拡散剤の添加量が５質量％の拡散層１１と、蛍光体の添加量が２０質量％の蛍光体層１２の２層構造の場合、凹部開口８ａから外部へ放射される白色光の周縁部には黄色光の分布が殆ど見られず、白色光の色むら低減効果が得られた。
【００６４】
なお、拡散層１１の拡散剤の添加率を５質量％よりも多くすると、青色発光ＬＥＤチップ６等の発光がＮｉ製等の基板２に吸収される光量が増加するので、凹部開口８ａから外部に放射される白色光の光束が低下する。
【００６５】
そこで、この基板２の受光面に、白色塗料等の反射材を塗布して反射面に形成することにより、光束低下を防止または抑制するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る実施形態に係るＬＥＤ照明装置の平面図。
【図２】同じく、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】同じく、図２のＩＩＩ部拡大図。
【図４】同じく、鉛直配光角における相関色温度を示す図。
【符号の説明】
【００６７】
２  基板、４  絶縁体、５ａ，５ｂ  回路パターン、６  発光素子、９  反射体、１１  拡散層、１２  蛍光体層。
【図１】
2006245080.tif 000003
【図２】
2006245080.tif 000004
【図３】
2006245080.tif 000005
【図４】
2006245080.tif 000006